java的23种设计模式使用场景

文兴一言

在代码设计中，设计模式是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的代码设计经验总结。这些模式在软件开发中具有广泛的应用场景，以下是对一些常见设计模式的使用场景的介绍：

创建型模式

1. 工厂方法模式：

   • 使用场景：当一个类无法预料需要创建对象的类时，或当一个类希望其子类指定所创建的对象时，可以使用工厂方法模式。例如，在发送邮件和短信的场景中，可以使用工厂方法模式来创建一个发送器对象，而无需在客户端代码中直接实例化具体的发送器类。

2. 抽象工厂模式：

   • 使用场景：当一个系统需要独立于具体产品的创建、组合以及使用时，或当系统需要多个系列的相关产品对象一起使用时，可以使用抽象工厂模式。例如，在一个咖啡店业务系统中，可以使用抽象工厂模式来创建不同风味的咖啡和甜品对象。

3. 单例模式：

   • 使用场景：当一个类只能有一个实例时，或当全局只需要一个对象来协调和控制整个系统的操作时，可以使用单例模式。例如，数据库连接池、日志记录器、配置文件读取器、线程池、缓存管理器以及GUI组件等场景都适合使用单例模式。

4. 建造者模式：

   • 使用场景：当一个复杂对象的构建过程需要按照某种顺序来执行，或当构建过程允许被分解或需要被定制时，可以使用建造者模式。例如，在构建一个复杂的汽车对象时，可以使用建造者模式来逐步组装汽车的各个部分。

5. 原型模式：

   • 使用场景：当需要快速创建大量对象，且这些对象可以通过复制一个已存在的对象来获得时，可以使用原型模式。例如，在需要创建大量相似但不完全相同的对象时，可以通过复制一个原型对象来快速生成这些对象。

结构型模式

1. 适配器模式：

   • 使用场景：当需要将一个类的接口转换成客户端所期待的另一种接口时，可以使用适配器模式。例如，在需要将一个旧的数据库访问接口转换为新的数据库访问接口时，可以使用适配器模式来实现兼容。

2. 装饰器模式：

   • 使用场景：当需要动态地给一个对象添加一些额外的职责时，可以使用装饰器模式。例如，在需要给一个文本文件添加加密、压缩等额外功能时，可以使用装饰器模式来实现。

3. 代理模式：

   • 使用场景：当需要在不修改原有对象结构的情况下，为对象提供一个代理来控制对对象的访问时，可以使用代理模式。例如，在需要控制对某个网络资源的访问时，可以使用代理模式来实现访问控制和负载均衡等功能。

4. 外观模式：

   • 使用场景：当需要为子系统中的一组接口提供一个一致的界面时，可以使用外观模式。例如，在需要将一个复杂的系统划分为多个子系统，并为这些子系统提供一个统一的访问接口时，可以使用外观模式来简化客户端的使用。

5. 桥接模式：

   • 使用场景：当需要将抽象部分与实现部分分离，使它们都可以独立地变化时，可以使用桥接模式。例如，在需要设计一个可以跨越多个平台的图形用户界面时，可以使用桥接模式来将界面抽象与具体实现分离。

6. 组合模式：

   • 使用场景：当需要将对象组合成树形结构以表示"部分-整体"的层次结构时，可以使用组合模式。例如，在文件系统中，文件和文件夹可以看作是一种树形结构，可以使用组合模式来管理这些文件和文件夹。

7. 享元模式：

   • 使用场景：当系统中存在大量的相似对象，并且这些对象可以通过共享一些公共部分来减少内存占用时，可以使用享元模式。例如，在需要创建大量相似的图形对象时，可以使用享元模式来共享一些公共的图形数据。

行为型模式

1. 策略模式：

   • 使用场景：当需要定义一系列算法，并将这些算法封装起来以便它们可以互换时，可以使用策略模式。例如，在需要计算不同折扣策略下的商品价格时，可以使用策略模式来封装不同的折扣算法。

2. 模板方法模式：

   • 使用场景：当需要在一个算法骨架的基础上实现不同的算法步骤时，可以使用模板方法模式。例如，在定义一个通用的文件处理流程时，可以使用模板方法模式来指定处理文件的步骤，并在具体实现中提供具体的处理逻辑。

3. 观察者模式：

   • 使用场景：当需要在对象之间实现一对多的依赖关系时，可以使用观察者模式。例如，在需要实现一个事件驱动的系统时，可以使用观察者模式来让多个观察者对象监听一个主题对象的状态变化。

4. 迭代子模式：

   • 使用场景：当需要为集合对象提供一个统一的接口来遍历集合中的元素时，可以使用迭代子模式。例如，在Java的集合框架中，所有的集合类都实现了Iterable接口，以便可以使用统一的迭代方式来遍历集合中的元素。

5. 责任链模式：

   • 使用场景：当需要将请求沿着处理链进行传递时，可以使用责任链模式。例如，在需要实现一个多级审批流程时，可以使用责任链模式来将审批请求沿着审批链进行传递和处理。

6. 命令模式：

   • 使用场景：当需要将一个请求封装成一个对象，以便使用不同的请求、队列或者日志来请求参数化其他对象时，可以使用命令模式。例如，在需要实现一个图形界面的按钮点击事件时，可以使用命令模式来封装按钮的点击操作。

7. 备忘录模式：

   • 使用场景：当需要捕获对象的内部状态以便在将来恢复该状态时，可以使用备忘录模式。例如，在需要实现一个文本编辑器的撤销和重做功能时，可以使用备忘录模式来保存和恢复文本编辑器的状态。

8. 状态模式：

   • 使用场景：当需要允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为时，可以使用状态模式。例如，在需要实现一个有限状态机时，可以使用状态模式来管理对象的状态转换和行为。

9. 访问者模式：

   • 使用场景：当需要将一个数据结构中的元素进行不同的操作时，可以使用访问者模式。例如，在需要实现一个复杂的报表生成功能时，可以使用访问者模式来遍历数据结构中的元素并执行不同的报表生成操作。

10. 中介者模式：

    • 使用场景：当需要将一组对象之间的交互进行集中管理和协调时，可以使用中介者模式。例如，在需要实现一个聊天室功能时，可以使用中介者模式来管理聊天室中多个用户之间的消息传递和交互。

11. 解释器模式：

    • 使用场景：当需要定义一个简单的语法规则，并解释该规则下的表达式时，可以使用解释器模式。例如，在需要实现一个数学表达式的求值功能时，可以使用解释器模式来解析和计算数学表达式。

这些设计模式在代码设计中具有广泛的应用场景，它们可以帮助开发者更好地组织代码、提高代码的可读性和可维护性，并降低系统的复杂性。

通义灵码

创建型模式

1. 单例模式 (Singleton Pattern)

   • 使用场景：确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。适用于日志记录器、缓存、线程池等需要唯一实例的场景。
   • 示例：数据库连接池、配置管理器。

2. 工厂方法模式 (Factory Method Pattern)

   • 使用场景：创建对象的过程复杂或需要根据不同的条件创建不同类型的对象。适用于需要动态决定创建哪种类型的对象的场景。
   • 示例：创建不同类型的日志记录器、创建不同类型的用户界面组件。

3. 抽象工厂模式 (Abstract Factory Pattern)

   • 使用场景：创建一组相关的或依赖的对象，而无需指定它们具体的类。适用于需要创建多个相关产品族的场景。
   • 示例：创建不同风格的用户界面组件（如Windows风格和Mac风格）。

4. 建造者模式 (Builder Pattern)

   • 使用场景：构建复杂的对象，特别是对象的构造过程需要多个步骤，且这些步骤可以有不同的顺序或选项。适用于需要逐步构建复杂对象的场景。
   • 示例：构建复杂的文档、构建复杂的UI布局。

5. 原型模式 (Prototype Pattern)

   • 使用场景：通过复制现有对象来创建新对象，而不是通过常规的构造函数。适用于对象创建成本较高且对象结构复杂的情况。
   • 示例：复制复杂的图形对象、复制复杂的配置对象。

结构型模式

1. 适配器模式 (Adapter Pattern)

   • 使用场景：使接口不兼容的类可以一起工作。适用于需要将现有的类与新的系统集成的场景。
   • 示例：将旧版API适配到新版API、将第三方库适配到项目中。

2. 桥接模式 (Bridge Pattern)

   • 使用场景：将抽象部分与实现部分分离，使它们可以独立变化。适用于需要解耦抽象和实现的场景。
   • 示例：图形库中将图形的绘制逻辑与具体平台的实现分离。

3. 组合模式 (Composite Pattern)

   • 使用场景：将对象组合成树形结构以表示"部分-整体"的层次结构。适用于需要处理树形结构数据的场景。
   • 示例：文件系统、组织结构图。

4. 装饰器模式 (Decorator Pattern)

   • 使用场景：在不改变对象接口的情况下，动态地给对象添加新的功能。适用于需要动态扩展对象功能的场景。
   • 示例：输入流和输出流的包装、日志记录的增强。

5. 外观模式 (Facade Pattern)

   • 使用场景：为子系统提供一个简化的接口。适用于需要简化复杂子系统的使用方式的场景。
   • 示例：简化数据库操作、简化网络请求。

6. 享元模式 (Flyweight Pattern)

   • 使用场景：通过共享资源来减少内存使用。适用于需要大量相似对象的场景。
   • 示例：文本编辑器中的字符对象、游戏中的敌人对象。

7. 代理模式 (Proxy Pattern)

   • 使用场景：为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。适用于需要控制对象访问权限或延迟初始化的场景。
   • 示例：远程代理、虚拟代理、保护代理。

行为型模式

1. 责任链模式 (Chain of Responsibility Pattern)

   • 使用场景：处理请求的方式是顺序传递给多个处理对象，直到有一个处理对象处理为止。适用于需要多个对象处理同一个请求的场景。
   • 示例：日志处理、审批流程。

2. 命令模式 (Command Pattern)

   • 使用场景：将请求封装成对象，从而可以用不同的请求对客户进行参数化。适用于需要将请求排队或记录请求日志的场景。
   • 示例：撤销操作、宏命令。

3. 解释器模式 (Interpreter Pattern)

   • 使用场景：解析和执行简单的语言或表达式。适用于需要解析和执行简单语言的场景。
   • 示例：SQL解析、数学表达式求值。

4. 迭代器模式 (Iterator Pattern)

   • 使用场景：提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而不暴露其内部表示。适用于需要遍历集合的场景。
   • 示例：集合框架中的遍历、数据库查询结果的遍历。

5. 中介者模式 (Mediator Pattern)

   • 使用场景：用一个中介对象来封装一系列的对象交互。适用于对象之间有复杂的交互关系的场景。
   • 示例：GUI组件之间的协调、多人在线游戏中的玩家通信。

6. 备忘录模式 (Memento Pattern)

   • 使用场景：在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。适用于需要恢复对象状态的场景。
   • 示例：撤销操作、游戏存档。

7. 观察者模式 (Observer Pattern)

   • 使用场景：定义对象之间的一对多依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都会得到通知并自动更新。适用于需要订阅和发布机制的场景。
   • 示例：事件监听、消息队列。

8. 状态模式 (State Pattern)

   • 使用场景：允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为，对象看起来似乎修改了它的类。适用于对象的行为依赖于其状态的场景。
   • 示例：有限状态机、游戏中的角色状态。

9. 策略模式 (Strategy Pattern)

   • 使用场景：定义一系列算法，把它们一个个封装起来，并且使它们可以互相替换。适用于需要在运行时选择不同算法的场景。
   • 示例：排序算法的选择、支付方式的选择。

10. 模板方法模式 (Template Method Pattern)

    • 使用场景：定义一个操作中的算法骨架，而将一些步骤延迟到子类中。适用于需要定义固定步骤但某些步骤的具体实现可以变化的场景。
    • 示例：算法框架、业务流程。

11. 访问者模式 (Visitor Pattern)

    • 使用场景：表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作。它使你可以在不改变各元素类的前提下定义作用于这些元素的新操作。适用于需要对对象结构中的元素进行多种操作的场景。
    • 示例：编译器中的语法分析、文档处理。